___. Zabezpieczenie ziemnozwarciowe kierunkowe

1. Zasada działania

Zabezpieczenie ziemnozwarciowe działa w oparciu o pomiar dwóch wielkości
analogowych: -IE i UE (-3Io, 3Uo). Jeżeli wartości: napięcia UE oraz prądu IE są

wystarczająco duże do prawidłowego określenia kąta pomiędzy nimi, to następuje określenie kierunku miejsca wystąpienia doziemienia.

Dwa niezależnie nastawiane człony dokonują porównania nastawionych wartości z
modułem prądu IE. Równocześnie następuje porównanie wartości przesunięcia kąta
pomiędzy prądem i napięciem (z wartością zadaną) i stosownie do ustawionego typu

charakterystyki kątowej określany zostaje kierunek miejsca wystąpienia doziemienia.

Możliwe są dwa kierunki przepływu prądu doziemnego. Na poniższym rysunku przedstawiono symbolicznie układ pracy zabezpieczenia oraz kierunki przepływu możliwych prądów doziemnych: Iz-t (tył) i Iz-p (przód).

Rys.1. Układ pracy zabezpieczenia ziemnozwarciowego.

___ . Zabezpieczenie ziemnozwarciowe kierunkowe

Przykładowe wskazy napięć i prądów w czasie: normalnej pracy linii oraz w przypadku wystąpienia doziemienia fazy IL1, przedstawiają poniższe rysunki.
W warunkach normalnej pracy linii, wskazy przyjmują postać zgodną z rys. 2. W
przypadku doziemienia w kierunku “do przodu”, zależności wektorowe napięcia i prądu są takie jak przedstawia to rysunek 3, a dla zwarcia w kierunku “do tyłu”, takie jak na rysunku 4.
Podczas doziemienia w kierunku linii, kąt wektora prądu -IE ( względem napięcia UE ) może przyjmować wartości od: 0 do - 90[, przy czym w praktyce prawie nigdy nie wychodzi on poza zakres: 0 do - 45 [.

Podczas doziemienia w kierunku szyn ( do tyłu ), kąt pomiędzy wektorami: UE i -IE zawiera
się w granicach od: 90[ do: 180[, ale w praktyce nie wychodzi poza zakres: 135[ do
175[. Jest to przypadek, gdy wektor UE wyprzedza wektor -IE conajmniej o kąt 90[.

UL1

IL1

IL3

IL2

UL3 UL2

Rys.2. Normalna praca linii.

___. Zabezpieczenie ziemnozwarciowe kierunkowe

IL2+IL3

UL1

UL3

.

IE IL1z

IL3

-IE

IL2

UE

UL3

Rys.3. Doziemienie fazy IL1 „w przód”.

UL1 -IE

IL3

IL2

IE UE

IL1z

IL2+IL3

Rys.4. Doziemienie fazy IL1 „w tył”.

UL2

UL2

___. Zabezpieczenie ziemnozwarciowe kierunkowe

Najważniejszym elementem poprawnego przyłączenia zabezpieczenia jest prawidłowe podanie mu: napięcia UE oraz prądu IE, a dokładniej zachowanie odpowiedniej biegunowości. Należy zwrócić uwagę na fakt iż, zabezpieczeniu podajemy prąd: -IE, czyli wektor odwrócony o 180 [ w stosunku do wektora otrzymywanego z prostego sumowania prądów fazowych.

Na poniższych rysunkach przedstawiono przyłączenie wejść prądowych zabezpieczenia oraz zależności wektorowe „widziane” przez zabezpieczenie.

Rys.5. Przyłączenie zabezpieczenia do obwodów wtórnych.

Jeżeli urządzenie, nie posiada fizycznego wejścia prądu IE, to zabezpieczenie wylicza prąd IE z prądów fazowych IL1, IL2, IL3.

___ . Zabezpieczenie ziemnozwarciowe kierunkowe

IL1

IL3'

IL2'

IE

-IE

IL2

IL3 IL2

Rys.6. Zależności wektorowe prądu „widziane” przez zabezpieczenie.

UL1

UL3 UE

UL2

UL1'

UL2' UL3'

Rys.7. Zależności wektorowe napięcia „widziane” przez zabezpieczenie.

___. Zabezpieczenie ziemnozwarciowe kierunkowe

2. Schemat funkcjonalny

Zabezpieczenie ziemnozwarciowe kierunkowe jest elementem funkcjonalnym, którego działanie warunkują:

1. funkcje wejściowe: zał/wył pierwszy (IEk1) oraz drugi stopień (IEk2) zabezpieczenia,

2. sygnały pomiarowe: IE oraz określające poprawność tego pomiaru,

3. parametry robocze, nastawiane przez użytkownika.

Schemat funkcjonalny zabezpieczenia ziemnozwarciowego kierunkowego przedstawia poniższy rysunek:

Zabezpieczenie
ziemnozwarciowe
kierunkowe

Stopień 1 (2) IEk> załączony

Blokada opóźnienia stopnia 1 (2) IEk>

Blokada wyłączenia od stopnia 1 (2) IEk>

Pomiar IE

Pomiar IE OK

PARAMETRY:

➢ poziom wyzwalania IE

➢ poziom wyzwalania

UE

➢ kąt kierunku

➢ typ ch-ki (napięciowo

- prądowej)

➢ zakres działania

➢ opóźnienie zadziałania

➢ minimalne opóźnienie

➢ współczynnik

zwielokrotnienia czasu

➢ nr programu SPZ

➢ typ ch-ki czasowej

Gotowość stopnia 1 (2) IEk>

Pobudzenie stopnia 1 (2) IEk> Start stopnia 1 (2) IEk>

Numer programu SPZ
Żądanie wyłączenia

W wyniku działania zabezpieczenia generowane są :

1. funkcje wyjściowe: pobudzenia, startu i gotowości poszczególnych stopni zabezpieczenia,

2.sygnały żądające wyłączenia oraz sygnał wewnętrznego pobudzenia automatyki SPZ, z podaniem numeru żądanego programu do wykonania.

Zabezpieczenia ziemnozwarciowe sieci SN

W chwili powstania zwarcia doziemnego zmienia się rozpływ prądów oraz występują w sieci zmiany napięć względem ziemi tzn.:

a) występuje załamanie napięcia fazy doziemionej;

b) wzrastają napięcia faz zdrowych;

c) pojawia się napięcie przesunięcia punktu gwiazdowego sieci.

2.1 Filtry składowej zerowej prądu

W celu otrzymania składowej zerowej prądu w sieciach napowietrznych stosuje się zestaw trzech przekładników prądowych zwany również układem Holmgreen'a. Układ składa się z trzech równolegle i jednoimiennie połączonych przekładników. Prąd na wyjściu tego układu jest równy potrójnej wartości prądu zerowego na wejściu układu pomniejszony o przekładnię przekładników prądowych. Wadą tego układu jest trudność w pomiarze bardzo małych prądów składowej zerowej, spowodowana istnieniem prądów wyrównawczych w układzie (błędy prądowe i kątowe przekładnika).

Teoretycznie w stanie bezawaryjnej pracy sieci w obwodzie zabezpieczenia ziemnozwarciowego nie powinien płynąć prąd. W praktyce w tym obwodzie płynie prąd uchybowy wynikający z braku identyczności po stronie zasilania (asymetria prądowa w obwodzie WN, rozbieżność charakterystyk magnesowania przekładników prądowych) i odbioru (obciążenie poszczególnych przekładników).

Znacznie lepszymi własnościami odznacza się przekładnik Ferrantiego oparty na zasadzie sumowania magnetycznego. Przekładnik ten jest powszechnie stosowany jako filtr składowej zerowej prądu w liniach kablowych.

Zabezpieczenia od zwarć doziemnych

Zabezpieczenia reagują na wzrost składowej zerowej prądu lub mocy powyżej wartości rozruchowej. Prąd zerowy można zmierzyć, łącząc równolegle strony wtórne przekładników w trzech torach fazowych (filtr Holmgreena) (rys.8.2) lub obejmując rdzeniem przekładnika trzy tory fazowe (przekładnik Ferrantiego (rys. 8.3))

3I₀

Rys. 8.2. Filtr Holmgreena

L₂

L₁

3I₀

L₃

Rys 8.3. Przekładnik Ferrantiego

Napięcie zerowe można zmierzyć łącząc wtórne uzwojenia przekładników napięciowych w poszczególnych fazach w otwarty trójkąt (rys. 8.4)

3U₀

Rys. 8.4. Układ do pomiaru składowej zerowej napięć

W sieciach napowietrznych z izolowanym punktem zerowym stosuje się przekaźniki mierzące składową zerową mocy czynnej działające na sygnalizację zwarcia.

W sieciach skompensowanych stosuje się przekaźniki mierzące składową bierną mocy działające na sygnalizację zwarci

9

---